estudo de pavimentos de concreto com a inserção de ... · mais de 8 mil km de estradas...
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Departamento de Engenharia Civil e Ambiental
Estudo de Pavimentos de Concreto com a Inserção de Borracha de Pneus
Aluno: Hugo Vieira Sampaio
Orientadora: Profa Michéle Dal Toé Casagrande
Co-Orientador: José Adriano Cardoso Malko
1. Introdução
Nos tempos atuais é de grande importância se preocupar com os efeitos de um
projeto sobre o meio ambiente. Os materiais utilizados, procedimentos executados e
metodologias adotadas podem ter grande influência sobre o futuro de um ecossistema.
Foi pensando neste tema que se propôs um projeto que arranjasse um destino sustentável
para um material extremamente nocivo e presente, devido ao imenso descarte, no meio
ambiente, o pneu.
Métodos sustentáveis têm sido cada vez mais visados na Engenharia Civil. Estes
usufruem de tecnologias ecológicas na finalidade de preservar o meio ambiente e
consequentemente despertando uma união entre desenvolvimento e sustentabilidade. O
asfalto-borracha ou asfalto-ecológico pode até parecer uma novidade em pavimentação,
mas não é. Usado nos Estados Unidos há mais de 40 anos, ele só começou a ser visto no
Brasil por volta do ano 2000, depois que a patente que protegia a tecnologia venceu. Foi
o começo para que a adição do pó extraído de pneus usados ao ligante asfáltico se tornasse
praticável. Os números são incertos, mas pesquisadores chegam a dizer que há atualmente
mais de 8 mil km de estradas pavimentadas com asfalto-borracha no Brasil.
O primeiro impacto positivo no uso de borracha em misturas asfálticas está no
ambiente, pois a restauração de pavimento com esse tipo de asfalto pode usar até mil
pneus por quilômetro, o que reduz o depósito desse material em aterros ou fora deles. No
entanto, outras vantagens ainda superam o ganho ambiental: aumento da vida útil do
pavimento, maior retorno elástico, maior resistência ao envelhecimento precoce por
oxidação do cimento asfáltico de petróleo e às intempéries e, ainda, maior resistência às
deformações plásticas, evitando, assim, trilhas de rodas indesejáveis. Entre outras
vantagens, por ser mais claro, o pavimento de concreto proporciona maior visibilidade ao
motorista.
Este projeto buscou estudar os efeitos da utilização de borracha proveniente de
pneus inservíveis na preparação do concreto. Para isso, serão feitos corpos de prova de
acordo com as regras ABNT NBR 5738 – MOLDAGEM E CURA DE CORPOS-DE-
PROVA CILÍNDRICOS OU PRISMÁTICOS DE CONCRETO, que são ensaiados de
acordo com a ABNT NBR 5739 – CONCRETO – ENSAIO DE COMPRESSÃO DE
CORPOS-DE-PROVA CILÍNDRICOS.
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2. Objetivo
O projeto teve como objetivo estudar e analisar os efeitos da inserção de borracha
de pneu sobre a resistência máxima atingida pelo corpo de prova (com e sem
superplastificante) submetido ao ensaio de compressão simples na máquina da marca
Controls.
3. Materiais Utilizados
Cimento (CP-II-E 32MPa);
Areia;
Brita 0;
Agua;
Borracha de pneu triturada (0,8mm – 2mm);
Espátula de pedreiro;
Bacias para misturar os materiais;
Moldes de corpo de prova (10cm de base x 20cm de altura);
Bastonetes;
Máquina para alisamento superficial;
Máquina de compressão simples marca Controls;
Equipamentos LVDT para monitoramento da deformação do corpo de prova
quando submetido ao ensaio de compressão simples;
Aditivo superplastificante.
4. Procedimento Experimental
- Pesagem
O primeiro passo para se iniciar a confecção dos corpos de prova utilizados para
os ensaios de compressão simples foi a pesagem dos materiais utilizados no processo. O
traço dos corpos de prova foi o mesmo do BRT da Av. Transbrasil (1,0:1,8:3,1:0,44).
Na Tabela 1 pode-se ver as quantidades de agua, cimento, areia e brita inicial em
quilogramas de cada material utilizado para confeccionar todos os corpos de prova. Na
Tabela 2 pode-se ver a quantidade de borracha em quilogramas utilizada nos corpos de
prova de acordo com o percentual (%) em cada um.
Os fatores água-cimento variaram de 0,44 a 0,52 pois quando a borracha foi
adicionada a mistura ela aumentou também a superfície especifica e, por conseguinte, a
área para ser molhada.
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Tabela 1 – Traço dos Corpos de Prova
Tabela 2 – Peso em quilos de Borracha inserido no CP de acordo com percentual
Na Figura 1 é possível ver como se procedeu a pesagem dos materiais.
Figura 1 – Pesagem da areia, da brita e do cimento utilizados
- Preparo do Concreto
A mistura de todos materiais foi feita em uma bacia com ajuda de uma espátula
como se pode ver na (Figura 2). Primeiramente os agregados brita, areia e eventualmente
a borracha foram misturados com o cimento. Por ultimo a água era inserida na mistura
para que não se iniciasse cedo de mais a reação de hidratação do cimento, fazendo assim
com que os agregados não estivessem bem homogeneizados e os resultados ficassem
comprometidos.
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Figura 2 – Mistura dos materiais
Na preparação da primeira bateria de corpos de prova houve necessidade da
correção da quantidade de água que seria inserida na mistura pois a areia utilizada já se
apresentava visualmente bastante úmida. Um ensaio de umidade foi realizado com 3
capsulas e os resultados podem ser vistos na Tabela 3. Constatou-se então que a umidade
média da areia já era de 9% e, por isso, diminuiu-se a quantidade de água inserida na
mistura dos corpos de prova que esta areia foi utilizada.
Tabela 3 – Resultados do teste de umidade da areia utilizada na primeira bateria de CPs
Todas as outras misturas foram realizadas com o mesmo traço que pode ser visto
na Tabela 1 com eventuais variações por conta de motivos já citados.
- Inserção da Mistura no Molde
Moldes de ferro de dimensão 10cm de base x 20cm de altura foram preparados
para receber as misturas de concreto. Primeiramente o equipamento era lixado (Figura 3)
para tirar eventuais resquícios de outros ensaios e depois era revestido com um liquido
lubrificante que ajudava no momento do desmolde (Figura 4).
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Figura 3 – Molde sendo lixado
Figura 4 – Molde recebendo liquido lubrificante
Depois de preparada a mistura inseriu-se a mesma em moldes de ferro, como pode
ser visto na Figura 5. No processo utilizou-se bastonetes e a espátula para auxiliar no
adensamento do material. Os corpos de prova foram deixados durante 24 horas dentro
dos moldes para depois serem desmoldados e inseridos em bacias de água para iniciar o
processo de cura, o mesmo se encontra explicado no próximo tópico. Caso eles não
fossem desmoldados após esse intervalo de tempo o desmolde ficaria mais difícil e o
corpo de prova começaria a perder umidade para o meio ambiente.
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Figura 5 – Inserção da mistura de concreto nos moldes
- Cura do Corpo de Prova
O corpo de prova quando em contato com a atmosfera pode perder agua por
evaporação. Em caso de o processo ser realizado de forma errônea pode-se provocar a
redução da resistência e da durabilidade do concreto, provocando fissura e deixando a
camada superficial fraca, porosa e permeável, vulnerável à entrada de substâncias
agressivas provenientes do meio-ambiente.
Existe mais de um processo de cura, dentre eles é possível citar a molhagem
frequente do concreto, aplicação de folhas/mantas sobre o concreto as quais são mantidas
úmidas durante o processo, aplicação de lonas/lençóis plásticos impermeáveis que evitam
o aquecimento excessivo do concreto, cura química (com auxílio de substancias. O
método escolhido vai ser escolhido de acordo com as condições de aplicação na obra e as
condições financeiras.
Os corpos de prova foram mantidos por 28 dias submersos em bacias com água
para o passarem pelo processo de cura. Com isso sua resistência foi acrescida pois a
reação de hidratação do cimento pôde ser continua e sem perdas.
Ao fim dos 28 dias os corpos foram retirados das bacias. Os 13 corpos
confeccionados sem adição de borracha na primeira bateria estavam comprometidos pois
apresentavam visualmente com muitos vazios, e devido a isso eles tiveram de ser
descartados e mais 13 corpos de prova foram feitos para substitui-los. Os demais corpos
de prova foram submetidos ao próximo processo, o alisamento da face superior.
- Alisamento da face superior
Depois de submetidos a cura os corpos foram retirados e alisou-se a face superior
de cada um deles com auxílio de um equipamento (Figura 6). Esse processo é realizado
para diminuir a irregularidade das mesmas. Essas falhas poderiam gerar esforços
diferentes sobre as áreas dos corpos de prova que comprometeriam os resultados.
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Figura 6 – Processo de alisamento da face superior
- Ensaio de Compressão Simples
Por último foi realizado o ensaio para determinar o esforço máximo de
compressão que o corpo de prova conseguia suportar ate iniciar a fissuração.
O corpo de prova foi preparado com dois instrumentos LVDT (Linear Vertical
Displacement Transducer), transdutores de deslocamento linear (Figura 7), que
indicavam a variação de comprimento do corpo. Depois de preparado o equipamento o
corpo era posto dentro do equipamento de marca Controls (Figura 8) sobre o centro da
plataforma como previsto pela NBR 5739, e assim o ensaio poderia ser iniciado.
Figura 7 – Equipamento LVDT posicionado no corpo de prova
O ensaio de compressão simples produz dois valores como resultado, o valor da
tensão que esta sendo aplicada e o valor da variação de comprimento do corpo de prova
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(com auxílio do equipamento LVDT). Esses dois valores foram recolhidos e se tornou
possível traçar gráficos de tensão em função da deformação para cada ensaio realizado.
Figura 8 – Corpo de prova dentro do equipamento de ensaio de compressão
5. Resultados e Análises
Tendo realizado os ensaios de compressão simples com os corpos de prova foi
possível recolher valores de variação de comprimento e tensão da maquina. Esses valores
de variação de comprimento foram divididos pelo comprimento total do corpo e os
valores de deformação foram determinados. Gráficos de tensão em função da deformação
foram traçados para que o valor máximo de tensão suportado para cada objeto pudesse
ser identificado. Esses gráficos podem ser vistos nos tópicos a seguir. É importante
ressaltar que cada curva diz respeito a um corpo de prova.
Ao estudar o gráfico torna-se interessante perceber a declividade inicial com que
ocorre a deformação pois ela caracteriza o modulo de elasticidade inicial do corpo. Além
disso é importante notar a ductilidade do material, ou seja, a capacidade do mesmo de se
deformar antes de fissurar. Ela pode ser identificada notando o ultimo ponto de cada
curva, que é o momento em que o corpo se fissura e não oferece mais resistência
significativa ao movimento de compressão da maquina.
Como determinado pela NBR 5739, o valor registrado para tensão máxima é o
maior valor encontrado entre todos os corpos de prova.
Todos os gráficos a seguir possuem 3 curvas e cada curva diz respeito a um corpo
de prova diferente. Os 3 corpos de prova de gráfico foram preparados com a mesma
mistura.
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- Resultados Obtidos nas Amostras sem Superplastificante
Corpos de prova sem inserção de borracha
Figura 9 – Resultados de ruptura de corpos de prova sem borracha – Tensão máxima atingida de 38MPa.
Corpos de prova com inserção de 1% de borracha
Figura 10 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 1% de borracha – Tensão máxima
atingida de 31MPa.
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Corpos de prova com inserção de 3% de borracha
Figura 11 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 3% de borracha – Tensão máxima
atingida de 30MPa.
Corpos de prova com inserção de 5% de borracha
Figura 12 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 5% de borracha – Tensão máxima
atingida de 30MPa.
Corpos de prova com inserção de 7% de borracha
Figura 13 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 7% de borracha – Tensão máxima
atingida de 28MPa.
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Corpos de prova com inserção de 10% de borracha
Figura 14 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 10% de borracha – Tensão
máxima atingida de 26MPa.
Corpos de prova com inserção de 15% de borracha
Figura 15 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 15% de borracha – Tensão
máxima atingida de 22,5MPa.
- Resultados Obtidos nas Amostras com Superplastificante
Corpos de prova sem inserção de borracha
Figura 16 – Resultados de ruptura de corpos de prova sem borracha com superplastificante – Tensão
máxima atingida de 30MPa.
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Corpos de prova com inserção de 1% de borracha com superplastificante
Figura 17 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 1% de borracha com
superplastificante – Tensão máxima atingida de 31MPa.
Corpos de prova com inserção de 3% de borracha com superplastificante
Figura 18 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 3% de borracha com
superplastificante – Tensão máxima atingida de 35MPa.
Corpos de prova com inserção de 5% de borracha com superplastificante
Figura 19 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 5% de borracha com
superplastificante – Tensão máxima atingida de 31MPa.
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Corpos de prova com inserção de 10% de borracha com superplastificante
Figura 20 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 10% de borracha com
superplastificante – Tensão máxima atingida de 17MPa.
Corpos de prova com inserção de 15% de borracha com superplastificante
Figura 21 – Resultados de ruptura de corpos de prova com inserção de 15% de borracha com
superplastificante – Tensão máxima atingida de 19MPa.
6. Conclusões
Após realizar todos os procedimentos, os ensaios e confeccionar os gráficos
apresentados no relatório foi possível analisar os resultados de forma geral.
Concluiu-se que o acréscimo de borracha nos corpos de prova diminuiu a
resistência máxima suportada até o rompimento, como se era esperado, pois o mesmo
resultado foi obtido por Moustafa & ElGawady (2015). Esse fato pode ser explicado pois
a borracha triturada cria poros na matriz de concreto já que ela não reage na reação de
hidratação e não consegue se misturar com os materiais. Como detectado por Silva et al
(2015) espaços microscópicos podem ser identificados entre a matriz e a borracha,
gerando instabilidades.
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Figura 22 – Visão microscópica da borracha inserida no concreto (Silva, 2015)
Além disso, foi possível perceber que o superplastificante tornou mais fácil o
procedimento experimental de mistura e moldagem nos corpos de prova. Este material
aumenta a trabalhabilidade da mistura antes dela se enrijecer. Os resultados em corpos de
prova com esse aditivo não variaram muito nos valores de compressão máxima, e o
aumento da quantidade de borracha mostrou o mesmo efeito dos corpos de prova sem
superplastificante. Quanto maior a quantidade de borracha menor a resistência máxima
suportada pelo corpo de prova antes do rompimento.
Com as informações obtidas foi possível traçar o gráfico da tensão máxima
atingida em função da quantidade de borracha presente na mistura para um corpo de prova
feito com e sem plastificante e equação da reta que indica um valor próximo de tensão
máxima obtida de acordo com a quantidade percentual de borracha inserida na mistura
de concreto.
Figura 23 – Tensão máxima obtida de acordo com a porcentagem de borracha inserida na mistura
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7. Referências
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roller compacted concrete pavement. Civil Engineering Department, Bordj Bou-
Arréridj University, Algeria. LMMS Laboratory, M’sila University, Algeria. URIE,
Ecole Nationale Polytechnique d’Alger, Algeria
Moustafa A., ElGawady M. A. (2015) Mechanical properties of high strength concrete
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Technology, Rolla, MO 65401, United States.
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Tennessee, Knoxville, TN 37996-2313, USA
Silva F. M., Barbosa L. A. G., Lintz R. C. C., Jacintho A. E. P. G. A. (2015) Investigation
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